《音頻信號(hào)數(shù)字化》教學(xué)案例

范躍群

教學(xué)內(nèi)容分析

《音頻信號(hào)數(shù)字化》是浙江教育出版社出版的《多媒體技術(shù)應(yīng)用》第三章第四節(jié)“聲音素材”的第1課。本節(jié)知識(shí)涉及聲音數(shù)字化的基本概念、聲音素材的獲取和使用、聲音文件的格式轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。本課要求學(xué)生學(xué)習(xí)音頻信號(hào)數(shù)字化的基本概念，讓學(xué)生在理解采樣頻率、量化位數(shù)、聲道數(shù)等概念的基礎(chǔ)上，掌握WAVE格式音頻文件所占存儲(chǔ)容量的計(jì)算方法。

學(xué)習(xí)對(duì)象分析

本課的授課對(duì)象是浙江省長(zhǎng)興縣金陵高級(jí)中學(xué)高二的學(xué)生。學(xué)生來自實(shí)驗(yàn)班，目前已學(xué)習(xí)了“信息技術(shù)基礎(chǔ)”模塊的“算法與程序設(shè)計(jì)”的部分內(nèi)容，具備一定的觀察、分析和動(dòng)手實(shí)踐能力。但對(duì)“多媒體技術(shù)應(yīng)用”的相關(guān)知識(shí)大部分學(xué)生知之甚少，對(duì)計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制、數(shù)字化等內(nèi)容認(rèn)知度較低。因此，在本課教學(xué)時(shí)，多數(shù)學(xué)生缺少“音頻信號(hào)數(shù)字化”學(xué)習(xí)的前導(dǎo)知識(shí)，而如何讓學(xué)生理解數(shù)字化過程中“量化”與“量化位數(shù)”的概念，則是本課的一個(gè)挑戰(zhàn)。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能目標(biāo)：理解音頻信號(hào)數(shù)字化的基本概念；掌握WAVE音頻文件存儲(chǔ)容量的計(jì)算方法。

過程與方法目標(biāo)：體驗(yàn)聲音數(shù)字化的過程，發(fā)現(xiàn)數(shù)字音頻參數(shù)與文件存儲(chǔ)容量的關(guān)系，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、總結(jié)問題的探究式學(xué)習(xí)方法。

情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：借助認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)和探究能力的體驗(yàn)式任務(wù)，進(jìn)行“觀察→發(fā)現(xiàn)→總結(jié)”，培養(yǎng)遞進(jìn)式的探索發(fā)現(xiàn)意識(shí)；通過數(shù)字化過程的體驗(yàn)和探究，激發(fā)探索信息數(shù)字化的興趣。

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)：掌握WAVE音頻文件存儲(chǔ)容量的計(jì)算方法。

難點(diǎn)：采樣頻率和量化位數(shù)的理解。

設(shè)計(jì)思路

本課的內(nèi)容貼近學(xué)生的生活，容易引起他們的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)其課堂參與度，但在數(shù)字化概念欠缺、前導(dǎo)知識(shí)不足的情況下，如何深入淺出地引導(dǎo)學(xué)生理解相關(guān)概念是本課實(shí)施的重心?；谝陨戏治觯虒W(xué)中我采用“以學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究為主，教師講解引導(dǎo)為輔，用‘倒序’的方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)”的思路進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

教學(xué)過程

1.課題導(dǎo)入

教師讓學(xué)生觀察耳機(jī)（計(jì)算機(jī)教室中不常配備耳機(jī)），并與電腦連接；探究認(rèn)識(shí)耳機(jī)上按鈕的功能。

學(xué)生嘗試操作，并交流相關(guān)按鈕的功能。

教師概括本課的學(xué)習(xí)方法：觀察、實(shí)踐、交流。（板書）

師：今天我們學(xué)習(xí)的知識(shí)將和耳機(jī)有關(guān)，這就是《多媒體技術(shù)應(yīng)用》第三章第四節(jié)聲音素材中的內(nèi)容。（PPT投影章節(jié)名稱，并板書課題——音頻信號(hào)數(shù)字化）

設(shè)計(jì)意圖：開門見山，引出本課時(shí)的學(xué)習(xí)方式，提出課題。

2.實(shí)驗(yàn)探究

任務(wù)1：記錄（老師給大家發(fā)了4個(gè)音頻文件，如圖1，同學(xué)們可以對(duì)它們進(jìn)行試聽和觀察，并將結(jié)果記錄在任務(wù)單中）。

學(xué)生試聽音頻文件的音質(zhì)，觀察音頻文件的容量，記錄數(shù)據(jù)。

教師巡查，觀察學(xué)生的記錄情況，根據(jù)任務(wù)的完成度，用問題引導(dǎo)課堂。

問題1：4個(gè)文件的容量怎樣？（大小不一）

問題2：4個(gè)文件中音質(zhì)最好的是哪個(gè)？最差的是哪個(gè)？（有1個(gè)明顯差，音質(zhì)好的較難分辨）

問題3：猜想一下，這幾個(gè)音質(zhì)究竟是怎樣的關(guān)系？（根據(jù)容量來作出判斷）

學(xué)生根據(jù)記錄結(jié)果，回答問題。

師：造成這種區(qū)別的原因是什么呢？下面我們通過一款音頻編輯軟件Audition，來對(duì)它們進(jìn)行觀察和對(duì)比，找找原因在哪。

教師演示Audition軟件，并讓學(xué)生觀察音頻的狀態(tài)參數(shù)。

設(shè)計(jì)意圖：觀察已有結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題。其中，問題2中關(guān)于哪個(gè)音質(zhì)最好的不同回答將為下一任務(wù)的展開埋下伏筆，從而引導(dǎo)學(xué)生選擇1個(gè)音頻文件作為參照，用比較的方式來辨別。

任務(wù)2：比較（學(xué)生記錄、比較數(shù)據(jù)，觀察，分析，得出初步結(jié)論）。

教師在學(xué)生每次比較時(shí)巡查引導(dǎo)，及時(shí)掌握其完成度，設(shè)置探究問題，引導(dǎo)學(xué)生歸納探究結(jié)果。

①比較文件1和文件2。

初步得出結(jié)論：采樣頻率影響了文件容量。

探究1：采樣頻率是什么？

教師演示Audition，讓學(xué)生觀察單位時(shí)間內(nèi)的采樣點(diǎn)。

學(xué)生對(duì)比文件1和文件2單位時(shí)間內(nèi)采樣點(diǎn)的數(shù)量，并歸納：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)采樣點(diǎn)的數(shù)量越多，波形越光滑（音質(zhì)越好），需要存儲(chǔ)的點(diǎn)越多（容量越大）。

師生共同得出結(jié)論1：采樣頻率越高，容量越大、音質(zhì)越好。（板書）

②比較文件1和文件3。

初步得出結(jié)論：量化位數(shù)影響了文件容量。

探究2：量化位數(shù)是什么？

教師演示Audition中量化等級(jí)的變化，學(xué)生觀察、交流后對(duì)量化等級(jí)進(jìn)行歸納：量化區(qū)間等級(jí)劃分越細(xì)，采樣點(diǎn)描述得越精確，音質(zhì)越好，容量越大。

師：量化等級(jí)和量化位數(shù)兩者有什么關(guān)系？

教師講解n位和2n的對(duì)應(yīng)關(guān)系，初步建立數(shù)字化存儲(chǔ)的印象，師生共同得出結(jié)論2：量化位數(shù)越大，容量越大、音質(zhì)越好。（板書）

③比較文件1和文件4。

學(xué)生自主比較，觀察聲道數(shù)，歸納聲道數(shù)對(duì)音質(zhì)和容量的影響，得出結(jié)論3：聲道數(shù)越多，容量越大、音質(zhì)越好。（板書）

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題尋因，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的興趣，并在對(duì)比和交流中突破難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力。

3.階段發(fā)現(xiàn)

任務(wù)3：結(jié)果（結(jié)合任務(wù)單和板書，匯總、分析實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)論，觀察影響聲音音質(zhì)和大小的參數(shù)，并得出它們的關(guān)系——正比例關(guān)系）。

教師在板書上用“×”連接三者，并提出問題。

問題4：對(duì)于聲音容量而言，除這三個(gè)參數(shù)外，還有哪個(gè)參數(shù)會(huì)影響其大小呢？

學(xué)生回答問題。（時(shí)間）

教師板書聲音容量大小的計(jì)算公式，學(xué)生學(xué)習(xí)音頻文件存儲(chǔ)容量的計(jì)算方法。

設(shè)計(jì)意圖：整理、歸納分析結(jié)論，探究其本質(zhì)原因，突出重點(diǎn)。

4.應(yīng)用體驗(yàn)

任務(wù)4：應(yīng)用（按要求錄制一段聲音，PPT展示要求，如圖2）。

教師演示麥克風(fēng)的檢查方法和錄音的基本操作。

學(xué)生錄制一段音頻，試聽錄制效果，體驗(yàn)音頻數(shù)字化的過程。

教師巡查并解決錄音過程中出現(xiàn)的問題，掌握任務(wù)完成度，提醒學(xué)生觀察、記錄錄音參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)計(jì)算音頻文件容量。同時(shí)，根據(jù)學(xué)生錄音過程中發(fā)現(xiàn)新問題的情況和課堂剩余時(shí)間，設(shè)置探究問題，延伸知識(shí)。

探究3：錄音音量大小對(duì)音頻文件容量有影響嗎？

探究4：計(jì)算得到的理論大小和存儲(chǔ)時(shí)的實(shí)際大小為什么會(huì)有區(qū)別？

設(shè)計(jì)意圖：通過錄音體驗(yàn)，對(duì)音頻數(shù)字化過程進(jìn)行溯源，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)探究所得知識(shí)，建立理論與實(shí)踐的對(duì)接。

5.分析總結(jié)

任務(wù)5：小結(jié)（師生回顧音頻數(shù)字化錄音的過程，分析音頻數(shù)字化過程，小結(jié)本課學(xué)習(xí)內(nèi)容，教師布置課后鞏固練習(xí)，如圖3）。

設(shè)計(jì)意圖：回顧、總結(jié)、梳理知識(shí)要點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)知識(shí)的鞏固和提升。

教學(xué)反思

本節(jié)課的亮點(diǎn)主要有三個(gè)：第一，教學(xué)主線的設(shè)計(jì)脈絡(luò)清晰，以發(fā)現(xiàn)、尋因、究底、溯源和鞏固為主線有效地串聯(lián)課堂各環(huán)節(jié)，充分體現(xiàn)出生本、生態(tài)的特點(diǎn)。課堂具有較強(qiáng)的遷移性，內(nèi)容安排便于后續(xù)課時(shí)的教學(xué)。第二，課堂任務(wù)的設(shè)計(jì)有意義、有梯度，既符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，又體現(xiàn)了知識(shí)的內(nèi)在規(guī)律。第三，課堂任務(wù)完成度極高，圓滿完成了教學(xué)任務(wù)。本節(jié)課的不足之處主要是在教學(xué)互動(dòng)時(shí)略有欠缺。在課前，我未考慮特定環(huán)境對(duì)師生的影響，造成課前時(shí)間的過多消耗，進(jìn)而影響了課堂上的學(xué)習(xí)氛圍；課堂上個(gè)別知識(shí)點(diǎn)（如采樣頻率）的講解稍顯繁瑣，不敢放手，錯(cuò)失了發(fā)掘?qū)W生自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

比賽課源于自身教學(xué)的日積月累，精雕細(xì)琢，但在教學(xué)內(nèi)容之外，我又不得不重提兩個(gè)詞，那就是預(yù)設(shè)和心態(tài)。好的課堂有充足的預(yù)設(shè)，也伴隨著生成，但由于學(xué)科特性，又往往會(huì)有意外產(chǎn)生，如課堂中教學(xué)軟件的安裝故障等。面對(duì)這些意外以及比賽的壓力，我們是否有足夠強(qiáng)大的內(nèi)心來容納和解決呢？

附錄：《音頻信號(hào)數(shù)字化》學(xué)習(xí)任務(wù)單

1.記錄

試聽、觀察以下的4個(gè)音頻文件，并完成下表。

2.比較

通過音頻編輯軟件Audition打開音頻文件，觀察狀態(tài)欄參數(shù)，完成以下表格。

（1）文件1和文件2的比較。

結(jié)論1：_________________________。

（2）文件1和文件3的比較。

結(jié)論2：______________________________。

（3）文件1和文件4的比較。

結(jié)論3：_________________________。

3.結(jié)果

WAVE格式音頻文件的存儲(chǔ)容量=______________________________。

4.應(yīng)用

按要求錄制一段音頻，根據(jù)參數(shù)計(jì)算該音頻文件的存儲(chǔ)容量，并通過音頻編輯軟件觀察該音頻文件的存儲(chǔ)容量，完成下表。

5.小結(jié)

聲音錄制過程分析。

點(diǎn) 評(píng)

本課由“猜測(cè)”和“驗(yàn)證”貫穿始終，用別具一格的探究學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體性?！安聹y(cè)”體現(xiàn)在讓學(xué)生通過試聽、觀察的方法，進(jìn)行三個(gè)音頻文件音質(zhì)和容量的比較，并大膽“猜測(cè)”影響聲音數(shù)字化容量的參數(shù)、關(guān)系及計(jì)算公式，其中教師借助Audition軟件的形象化，引導(dǎo)學(xué)生觀察單位時(shí)間內(nèi)采樣點(diǎn)和量化等級(jí)，很好地突破了對(duì)“采樣頻率”和“量化位數(shù)”這兩個(gè)抽象概念的理解；“驗(yàn)證”體現(xiàn)在學(xué)生通過“自我錄音”“計(jì)算容量”“比對(duì)容量大小”這一過程，來驗(yàn)證公式的準(zhǔn)確性。因此，無論哪個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生都是在教師引導(dǎo)下，動(dòng)手實(shí)踐，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，并通過獨(dú)立思考、討論交流等方式解決問題，獲得知識(shí)，體驗(yàn)整個(gè)學(xué)習(xí)過程。

由于是借班上課，教師對(duì)教學(xué)環(huán)境和學(xué)生不是特別熟悉，上課時(shí)沒有快速找到音頻編輯軟件的快捷方式，這一點(diǎn)以及教師在引導(dǎo)學(xué)生觀察“采樣點(diǎn)”和“量化等級(jí)”時(shí)，都浪費(fèi)了一些寶貴的時(shí)間。